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摘要：随着风力发电的大规模开发，风电特性对电网的负面影响愈来愈显著。将储能与风电有效匹配构成风储联合发电系统是一种理想的解决方案。简述了国内外储能技术现状，并对风储联合发电系统研究进展进行了综述，为进一步开展风储联合发电系统研究提供参考。
关键词：可再生能源；风力发电；储能技术
作者简介：姜书鹏（1987-），男，吉林延边人，东北电力大学电气工程学院硕士研究生。
孟祥龙（1988-），男，河北昌黎人，天津市电力公司城东供电分公司，助理工程师。
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0209-02
风能是目前最具开发潜力的可再生能源之一，大规模开发风电是未来的必然趋势。但风电特性对电网的安全稳定、运行调度等多方面造成负面的影响，且风电资源的地域特征明显与需求呈逆向分布，资源难以有效配置。随着风电规模化，对电网的影响愈加显著，严重制约了我国风电产业的发展。
储能技术的发展为大规模并网风电场的稳定运行提供了一种新的解决途径。在风电场及其附近配套安装储能系统形成风储联合发电系统可以达到平抑功率波动的目的，在一定程度上解决了风电功率的随机性和波动性的问题，提高了风电的供电可靠性，且为电网提供一定的无功支持，提高风电电能质量，使风电成为一种灵活可控的电源。
本文简述了国内外储能技术的分类及研究现状，然后对风储联合发电系统的研究进展进行了综述，为进一步开展风储联合发电系统研究提供参考。
一、国内外储能技术研究现状
1.储能技术的分类
目前，全球储能存储方式主要可以分为三大类：化学储能，包括镍系电池、铅酸电池、液流电池、锂系电池、钠硫电池等；物理储能，包括抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能等；电磁储能，包括超级电容器储能、超导储能等。储能按规模的大小可分为规模储能和动力储能。规模储能主要指服务于发电站等较大功率的储能形式，而动力储能则为用于充当动力能源的小功率储能形式。[1]
2.国外储能技术的发展
在美国“电网2030”计划中，把用于调峰的储能、用于暂态限制的储能列为2010年发展目标区域互联电网的发展目标，把高压直流储能列为2020年区域互联的电网发展目标、大容量储能技术列为优先级最高的目标技术。
目前，铅酸电池存储负载占美国电力消耗的1.5%，用于商业、工业和自动化设备的铅酸电池市场29亿美元，并以8%的年增长率增长。锂电的市场也在快速增长，用于电能存储的锂电设备规模在2007年就已经达到10亿美元，将来的年增长率会保持在50%～60%。
美国将存储技术作为新能源最优化配置的一个选择策略。能源储存技术不仅仅对任何特定资源不可替代，更是一个有价值的、用以衔接所有资源的节点，并允许传输容量增加。储能作为一个发电设备、传输设备、配电设备或者用户终端，其在电网中的作用为改善电网对大量能源的适应性，具体如下：帮助多变间断新能源系统平衡的方式之一；帮助混合电力汽车入网；减少电网传输和配电基础设施投资，以应付峰值需求，特别是传输损耗；为电网和运营商提供直接的附加服务。
欧洲电网技术发展的趋势主要是面向可再生能源系统和未来的电力系统。在电网的近期、中期及长期的研究计划中，将能量储存系统和电能质量的保证放在重要研究地位。欧盟同样关注储能技术的发展，它是解决可再生能源有效利用问题的关键。
3.我国储能技术的现状
我国开展储能技术的研究较早，部分技术的研究水平同国外差距不大，且液流电池方面通过技术收购方式处于世界领先水平。当前，我国已涌现出一大批储能制造企业，如锌镍电池的汇能科技、锂离子电池的珠海银通、钒电池的普能世纪、飞轮储能的深圳飞能、超级电容器的集盛星泰、铝电池的无锡欧力达等。这一批新兴力量的涌现必然会为我国的储能产业带来光明的未来。
二、风储联合发电系统研究现状
储能系统（energy storage system）具有动态吸收和释放能量的特点，科学合理地在风电场中配置储能能有效弥补风电的间歇性和波动性，改善风电输出功率的可控性，增强稳定性，并改善电能质量及优化系统运行的经济性。[2-3]
1.采用储能系统提高电能质量
采用储能系统提高电能质量主要是抑制电压暂降和降低电压波动等方面。
文献[4]研究了采用静止无功补偿器组成储能系统来提高电能质量的问题。结果表明，该储能系统能够进行与系统功率的快速交换，有效改善电压暂降、降低电压波动等，可以解决风电接入电网所带来的电能质量问题。文献[5]采用在永磁直驱风机的全功率双脉宽调制控制的电压型变流器的直流侧配置飞轮储能系统。结果表明，储能系统在对称短路故障消除后的电压恢复过程中，能够将剩余的存储起来用于电网电压的平稳运行，提高了风电机组的电能质量。文献[6]提出了采用超级电容器的串联和并联构成储能系统的补偿方案。串联补偿可以有效减小电压的波动性，降低电压暂降。并联补偿可以有效降低风电的不确定性。
由此可以看出，抑制电压暂降和降低电压波动等电能质量方面问题主要是抑制短时功率波动，需要储能系统具备对功率的快速调节的能力。因此，超导储能、超级电容储能以及电池储能是较适宜的选择。
2.采用储能系统增强风电稳定性
储能系统能够快速吞吐有功功率和无功功率，从而提高系统有功功率和无功功率平衡水平，增强风电稳定性。
文献[7，8]研究了采用超级电容储能系统和超导储能系统平滑风电功率输出的相关控制策略。结果表明，超级电容储能系统和超导储能系统能够有效改善风电功率输出及降低系统的频率波动。文献[9]采用集中式储能配置方式，直接将钒氧化液流储能（VRB）配置在风场出口并网母线处，以此来平抑风电并入电网的功率，从而提高了大型风场并网运行的稳定性。文献[10]提出了利用飞轮储能优化风电运行的方案。结果表明，通过对飞轮储能系统的合理控制可以有效降低风电功率输出的波动性及改善电网频率波动的双重目标。 由此可以看出，采用具有快速响应能力的储能系统可以有效提高风电并网系统的稳定性，如超级电容储能、超导储能、飞轮储能和蓄电池等。一般情况下，对于增强系统稳定性的储能系统的容量要求较小，但必须具备快速高功率输入输出的能力，并结合科学合理的控制策略才能取得最优效果。
3.采用储能系统优化风电经济性
由于风电具有间歇性和波动性，大规模并网时必然会导致系统运行经济性不高。科学合理地配置储能系统为优化风电经济性问题带来了理想解决方案，实现风电场与电网的效益最优。
文献[11]构建了峰谷电价下风电与抽水蓄能联合发电系统的能量转化效益定量评估模型。结果表明，储能系统能够将低谷时段的剩余电能转化为高峰时段的紧缺电能，并取得较好的经济效益，同时能有效改善风场功率输出的波动性，降低风电场对系统备用容量需求。文献[12]在风电出力特性和储能系统特性分析的基础上建立了风储联合运行系统收益最大化评估模型，并进行了风速预测准确度和储能容量对系统运行效率及经济效益影响的敏感性分析。结果表明，准确的风速预测和合理的储能容量能够实现风储联合运行系统经济效益的最优。文献[13]基于随机规划方法建立了风电场与储能系统的最大效益模型，并制定了储能系统的最优控制策略，采用遗传算法和神经网络混合算法优化求解。结果表明，储能系统通过减小交易的不平衡和低储高发套利能够提高风电场的效益。
可见，在风电场中加入储能系统能够有效改善风电随机性引起的系统备用容量需求增加的问题，还可以提高风电设备利用率，有效降低发电成本，促进资源的优化配置，改善系统运行的经济性。
三、结语
本文简述了国内外储能技术现状，并对风储联合发电系统研究进展进行了综述。从中可以看出，开展风储联合发电系统研究对解决风电发展难题、改善能源结构变化需求都具有重要的理论与应用价值。
参考文献：
[1]吴佳梁，曾赣生，余铁辉，等.风光互补与储能系统[M].北京：化学工业出版社，2012：57-60.
[2]张文亮，丘明，来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电网技术，2008，32（7）：1-9.
[3]贾宏新，张宇，王育飞，等.储能技术在风力发电系统中的应用[J].可再生能源，2009，27（6）：10-15.
[4]M.G.MOLINA，P.E.MCRCADO.Control design and simulation of DSTATCOM with energy storage for power quality improvements[J].Proceedings of IEEE Power Engineering Society Transmission & Distribution Conference and Exposition，2006：1-7.
[5]胡雪松，孙才新，刘刃，等.采用飞轮储能的永磁直驱风电机组有功平滑控制策略[J].电力系统自动化，2010，34（13）：79-83.
[6]张步涵，曾杰，毛承雄，等.串并联型超级电容器储能系统在风力发电中的应用[J].电力自动化设备，2008，28（4）：1-4.
[7]Mohd.Hasan Ali，T.Murata，J.amura.Stabilization of power system including wind generator by fuzzy logic-controlled superconducting magnetic energy storage[J].Proceedings of International Conference on Power Electronics and Drives Systems，2005：1611-1616.
[8]C.Abbey，G.Joos.Super capacitor energy storage for wind energy applications[J].IEEE Transactions on Industry Applications，2007，43（3）：769-776.
[9]毕大强，葛宝明，王文亮，等.基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制[J].电力系统自动化，2010，34（13）：72-78.
[10]孙春顺，王耀南，李欣然.飞轮辅助的风力发电系统功率和频率综合控制[J].中国电机工程学报，2008，28（29）：111-116.
[11]李强，袁越，李振杰，等.考虑峰谷电价的风电-抽水蓄能联合系统能量转化效益研究[J].电网技术，2009，33（6）：13-18.
[12]曾鸣，李娜，马明娟，等.电力市场环境下风储联合运行系统的经济效益评估模型[J].华东电力，2012，40（9）：1469-1473.
[13]Y.Yuan，Q.Li，W.Wang.Optimal Operation Strategy of Energy Storage Unit in Wind Power Integration Based on Stochastic Programming[J].Renewable Power Generation，IET，2011，5（2）：194-201.
关键词：可再生能源；风力发电；储能技术
作者简介：姜书鹏（1987-），男，吉林延边人，东北电力大学电气工程学院硕士研究生。
孟祥龙（1988-），男，河北昌黎人，天津市电力公司城东供电分公司，助理工程师。
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0209-02
风能是目前最具开发潜力的可再生能源之一，大规模开发风电是未来的必然趋势。但风电特性对电网的安全稳定、运行调度等多方面造成负面的影响，且风电资源的地域特征明显与需求呈逆向分布，资源难以有效配置。随着风电规模化，对电网的影响愈加显著，严重制约了我国风电产业的发展。
储能技术的发展为大规模并网风电场的稳定运行提供了一种新的解决途径。在风电场及其附近配套安装储能系统形成风储联合发电系统可以达到平抑功率波动的目的，在一定程度上解决了风电功率的随机性和波动性的问题，提高了风电的供电可靠性，且为电网提供一定的无功支持，提高风电电能质量，使风电成为一种灵活可控的电源。
本文简述了国内外储能技术的分类及研究现状，然后对风储联合发电系统的研究进展进行了综述，为进一步开展风储联合发电系统研究提供参考。
一、国内外储能技术研究现状
1.储能技术的分类
目前，全球储能存储方式主要可以分为三大类：化学储能，包括镍系电池、铅酸电池、液流电池、锂系电池、钠硫电池等；物理储能，包括抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能等；电磁储能，包括超级电容器储能、超导储能等。储能按规模的大小可分为规模储能和动力储能。规模储能主要指服务于发电站等较大功率的储能形式，而动力储能则为用于充当动力能源的小功率储能形式。[1]
2.国外储能技术的发展
在美国“电网2030”计划中，把用于调峰的储能、用于暂态限制的储能列为2010年发展目标区域互联电网的发展目标，把高压直流储能列为2020年区域互联的电网发展目标、大容量储能技术列为优先级最高的目标技术。
目前，铅酸电池存储负载占美国电力消耗的1.5%，用于商业、工业和自动化设备的铅酸电池市场29亿美元，并以8%的年增长率增长。锂电的市场也在快速增长，用于电能存储的锂电设备规模在2007年就已经达到10亿美元，将来的年增长率会保持在50%～60%。
美国将存储技术作为新能源最优化配置的一个选择策略。能源储存技术不仅仅对任何特定资源不可替代，更是一个有价值的、用以衔接所有资源的节点，并允许传输容量增加。储能作为一个发电设备、传输设备、配电设备或者用户终端，其在电网中的作用为改善电网对大量能源的适应性，具体如下：帮助多变间断新能源系统平衡的方式之一；帮助混合电力汽车入网；减少电网传输和配电基础设施投资，以应付峰值需求，特别是传输损耗；为电网和运营商提供直接的附加服务。
欧洲电网技术发展的趋势主要是面向可再生能源系统和未来的电力系统。在电网的近期、中期及长期的研究计划中，将能量储存系统和电能质量的保证放在重要研究地位。欧盟同样关注储能技术的发展，它是解决可再生能源有效利用问题的关键。
3.我国储能技术的现状
我国开展储能技术的研究较早，部分技术的研究水平同国外差距不大，且液流电池方面通过技术收购方式处于世界领先水平。当前，我国已涌现出一大批储能制造企业，如锌镍电池的汇能科技、锂离子电池的珠海银通、钒电池的普能世纪、飞轮储能的深圳飞能、超级电容器的集盛星泰、铝电池的无锡欧力达等。这一批新兴力量的涌现必然会为我国的储能产业带来光明的未来。
二、风储联合发电系统研究现状
储能系统（energy storage system）具有动态吸收和释放能量的特点，科学合理地在风电场中配置储能能有效弥补风电的间歇性和波动性，改善风电输出功率的可控性，增强稳定性，并改善电能质量及优化系统运行的经济性。[2-3]
1.采用储能系统提高电能质量
采用储能系统提高电能质量主要是抑制电压暂降和降低电压波动等方面。
文献[4]研究了采用静止无功补偿器组成储能系统来提高电能质量的问题。结果表明，该储能系统能够进行与系统功率的快速交换，有效改善电压暂降、降低电压波动等，可以解决风电接入电网所带来的电能质量问题。文献[5]采用在永磁直驱风机的全功率双脉宽调制控制的电压型变流器的直流侧配置飞轮储能系统。结果表明，储能系统在对称短路故障消除后的电压恢复过程中，能够将剩余的存储起来用于电网电压的平稳运行，提高了风电机组的电能质量。文献[6]提出了采用超级电容器的串联和并联构成储能系统的补偿方案。串联补偿可以有效减小电压的波动性，降低电压暂降。并联补偿可以有效降低风电的不确定性。
由此可以看出，抑制电压暂降和降低电压波动等电能质量方面问题主要是抑制短时功率波动，需要储能系统具备对功率的快速调节的能力。因此，超导储能、超级电容储能以及电池储能是较适宜的选择。
2.采用储能系统增强风电稳定性
储能系统能够快速吞吐有功功率和无功功率，从而提高系统有功功率和无功功率平衡水平，增强风电稳定性。
文献[7，8]研究了采用超级电容储能系统和超导储能系统平滑风电功率输出的相关控制策略。结果表明，超级电容储能系统和超导储能系统能够有效改善风电功率输出及降低系统的频率波动。文献[9]采用集中式储能配置方式，直接将钒氧化液流储能（VRB）配置在风场出口并网母线处，以此来平抑风电并入电网的功率，从而提高了大型风场并网运行的稳定性。文献[10]提出了利用飞轮储能优化风电运行的方案。结果表明，通过对飞轮储能系统的合理控制可以有效降低风电功率输出的波动性及改善电网频率波动的双重目标。 由此可以看出，采用具有快速响应能力的储能系统可以有效提高风电并网系统的稳定性，如超级电容储能、超导储能、飞轮储能和蓄电池等。一般情况下，对于增强系统稳定性的储能系统的容量要求较小，但必须具备快速高功率输入输出的能力，并结合科学合理的控制策略才能取得最优效果。
3.采用储能系统优化风电经济性
由于风电具有间歇性和波动性，大规模并网时必然会导致系统运行经济性不高。科学合理地配置储能系统为优化风电经济性问题带来了理想解决方案，实现风电场与电网的效益最优。
文献[11]构建了峰谷电价下风电与抽水蓄能联合发电系统的能量转化效益定量评估模型。结果表明，储能系统能够将低谷时段的剩余电能转化为高峰时段的紧缺电能，并取得较好的经济效益，同时能有效改善风场功率输出的波动性，降低风电场对系统备用容量需求。文献[12]在风电出力特性和储能系统特性分析的基础上建立了风储联合运行系统收益最大化评估模型，并进行了风速预测准确度和储能容量对系统运行效率及经济效益影响的敏感性分析。结果表明，准确的风速预测和合理的储能容量能够实现风储联合运行系统经济效益的最优。文献[13]基于随机规划方法建立了风电场与储能系统的最大效益模型，并制定了储能系统的最优控制策略，采用遗传算法和神经网络混合算法优化求解。结果表明，储能系统通过减小交易的不平衡和低储高发套利能够提高风电场的效益。
可见，在风电场中加入储能系统能够有效改善风电随机性引起的系统备用容量需求增加的问题，还可以提高风电设备利用率，有效降低发电成本，促进资源的优化配置，改善系统运行的经济性。
三、结语
本文简述了国内外储能技术现状，并对风储联合发电系统研究进展进行了综述。从中可以看出，开展风储联合发电系统研究对解决风电发展难题、改善能源结构变化需求都具有重要的理论与应用价值。
参考文献：
[1]吴佳梁，曾赣生，余铁辉，等.风光互补与储能系统[M].北京：化学工业出版社，2012：57-60.
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[3]贾宏新，张宇，王育飞，等.储能技术在风力发电系统中的应用[J].可再生能源，2009，27（6）：10-15.
[4]M.G.MOLINA，P.E.MCRCADO.Control design and simulation of DSTATCOM with energy storage for power quality improvements[J].Proceedings of IEEE Power Engineering Society Transmission & Distribution Conference and Exposition，2006：1-7.
[5]胡雪松，孙才新，刘刃，等.采用飞轮储能的永磁直驱风电机组有功平滑控制策略[J].电力系统自动化，2010，34（13）：79-83.
[6]张步涵，曾杰，毛承雄，等.串并联型超级电容器储能系统在风力发电中的应用[J].电力自动化设备，2008，28（4）：1-4.
[7]Mohd.Hasan Ali，T.Murata，J.amura.Stabilization of power system including wind generator by fuzzy logic-controlled superconducting magnetic energy storage[J].Proceedings of International Conference on Power Electronics and Drives Systems，2005：1611-1616.
[8]C.Abbey，G.Joos.Super capacitor energy storage for wind energy applications[J].IEEE Transactions on Industry Applications，2007，43（3）：769-776.
[9]毕大强，葛宝明，王文亮，等.基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制[J].电力系统自动化，2010，34（13）：72-78.
[10]孙春顺，王耀南，李欣然.飞轮辅助的风力发电系统功率和频率综合控制[J].中国电机工程学报，2008，28（29）：111-116.
[11]李强，袁越，李振杰，等.考虑峰谷电价的风电-抽水蓄能联合系统能量转化效益研究[J].电网技术，2009，33（6）：13-18.
[12]曾鸣，李娜，马明娟，等.电力市场环境下风储联合运行系统的经济效益评估模型[J].华东电力，2012，40（9）：1469-1473.
[13]Y.Yuan，Q.Li，W.Wang.Optimal Operation Strategy of Energy Storage Unit in Wind Power Integration Based on Stochastic Programming[J].Renewable Power Generation，IET，2011，5（2）：194-201.